專利名稱：光合作用測定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光合作用測定儀，屬于植物生理機(jī)能測量儀器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光合作用是綠色植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)。綠色植物的光合作用是自然界異養(yǎng)生物生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類的生存和發(fā)展與綠色植物的光合作用更是密不可分。光合效率的測定是農(nóng)林、園藝、蔬菜高產(chǎn)品種選育的重要指標(biāo)。
植物光合作用過程中，從環(huán)境中吸收二氧化碳和水，生成碳水化合物，同時釋放氧氣，該反應(yīng)過程中，環(huán)境中的二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度是影響植物葉片光合效率高低的主要因素，其次是環(huán)境中的溫度和濕度。傳統(tǒng)的植物光合作用測定方法主要有兩種一是改良半葉法，該方法操作麻煩，實(shí)驗(yàn)誤差較大，不適用于實(shí)驗(yàn)室研究；二是紅外CO2分析法，該法只能測定離體葉片在一定時間內(nèi)室內(nèi)的光合效率，與大田葉片實(shí)際光合效率誤差較大。經(jīng)《中國專利》目前尚未發(fā)現(xiàn)能夠快速、精確的測定，在一定環(huán)境條件下，植物葉片單位面積、單位時間內(nèi)吸收二氧化碳的量和同樣環(huán)境條件下氧氣的釋放量的儀器。
實(shí)用新型內(nèi)容根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種可以快速、精確測定某一植物在不同的二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度和溫濕度的環(huán)境條件下光合效率的光合作用測定儀。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是光合作用測定儀，由電源、CPU控制單元、檢測單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和顯示單元組成，電源連接CPU控制單元、檢測單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和顯示單元，檢測單元連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接CPU控制單元，CPU控制單元連接顯示單元，其檢測單元設(shè)置溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器和氧氣傳感器分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連。檢測單元的溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器和氧氣傳感器取得環(huán)境變量信號并且輸送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將信號轉(zhuǎn)換為CPU控制單元可以識別的數(shù)字信號，CPU控制單元對數(shù)字信號進(jìn)行分析處理后將結(jié)果輸送到顯示單元。
CPU控制單元包括單片機(jī)和看門狗，單片機(jī)分別與看門狗、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、顯示單元相連接?？撮T狗保證單片機(jī)的正常工作，單片機(jī)根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號計算得到當(dāng)前溫度值、光照強(qiáng)度值、二氧化碳濃度值和氧氣濃度值，并且在顯示單元上將這些數(shù)值顯示出來。
電源包括蓄電池U5、穩(wěn)壓器U3和穩(wěn)壓二極管Z1。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型光合作用測定儀所具有的有益效果是通過在檢測單元設(shè)置溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器和氧氣傳感器分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，將測定對象的環(huán)境條件當(dāng)前溫度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度和氧氣濃度轉(zhuǎn)化為電信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換為CPU控制單元可以識別的數(shù)字信號，CPU控制單元對數(shù)字信號進(jìn)行分析處理后將結(jié)果輸送到顯示單元并且在顯示單元上將這些數(shù)值顯示出來?？梢苑奖?、快速、精確地測定植物在不同的二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度和溫濕度的環(huán)境條件下光合效率，結(jié)構(gòu)輕巧，便于攜帶。


圖1是本實(shí)用新型的工作原理框圖；圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖；圖1-2是本實(shí)用新型光合作用測定儀的最佳實(shí)施例，在圖1-2中R1-R21電阻C1-C17電容 D1-D4二極管 L1-L6發(fā)光二極管 Z1穩(wěn)壓二極管 Q1-Q7三極管Y1、Y2晶振 LED1、LED2數(shù)碼管 PR1排阻 U1模數(shù)轉(zhuǎn)換器 U2看門狗 U3穩(wěn)壓器 U4單片機(jī) U5蓄電池 U6溫度傳感器 U7氧氣傳感器 U8光照傳感器U9二氧化碳傳感器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，電源給檢測單元、CPU控制單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和顯示單元提供工作電壓。檢測單元中的溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器和氧氣傳感器將測定的信號輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器把信號轉(zhuǎn)換為CPU控制單元可以識別的數(shù)字信號并輸送到CPU控制單元。CPU控制單元對數(shù)字信號進(jìn)行分析處理后將結(jié)果輸送到顯示單元。
如圖2所示，本實(shí)用新型的電路原理圖。電源包括蓄電池U5、穩(wěn)壓器U3和穩(wěn)壓二極管Z1。蓄電池U5的正極與穩(wěn)壓器U3的1腳相連，并通過電阻R21與穩(wěn)壓二極管Z1的負(fù)極相連；蓄電池U5的負(fù)極與穩(wěn)壓器U3的2腳相連，同時與穩(wěn)壓二極管Z1的正極相連。蓄電池U5的正負(fù)極之間連接電容C8、C7。穩(wěn)壓器U3的3腳接VCC，穩(wěn)壓器U3的2腳接地，3腳和2腳之間連接電容C5、C6。
檢測單元包括溫度傳感器U6、氧氣傳感器U7、光照強(qiáng)度傳感器U8和二氧化碳傳感器U9。溫度傳感器U6接模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1的11腳，并且通過由電阻R17、電容C14組成的濾波器接地。氧氣傳感器U7接模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1的12腳，并且通過由電阻R18、電容C15組成的濾波器接地。光照強(qiáng)度傳感器U8接模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1的17腳，并且通過由電阻R19、電容C16組成的濾波器接地。二氧化碳傳感器U9接模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1的18腳，并且通過由電阻R20、電容C17組成的濾波器接地。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1的11腳、12腳、17腳和18腳分別通過二極管D1-D4接VCC。模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1的1腳、6腳、7腳和21腳接VCC，2腳、8腳、10腳、19腳、20腳、22腳和28腳接地，1腳和2腳之間連接電容C12，3腳和4腳之間接晶振Y2，并通過電容C10、C11接地，5腳通過電容C9接地和通過電阻R16接VCC，9腳接基準(zhǔn)電源+5V，并且通過電容C13接地。
CPU控制單元包括單片機(jī)U4和看門狗U2。單片機(jī)U4的1-4腳和12腳分別與模擬轉(zhuǎn)換器U1的23-27腳相連，31腳接VCC，18腳和19腳接有晶振Y1，并且通過電容C1、C2接地，32-39腳分別與排阻PR1的9-2腳相連，32-39腳還分別與電阻R15-R8連接，9腳接看門狗U2的7腳，11腳接看門狗U2的6腳，21-27腳分別連接電阻R1-R7?？撮T狗U2的2腳、4腳接VCC，并與3腳之間接有電容C3、C4，3腳接地，1腳和8腳相連。
顯示單元包括發(fā)光二極管L1-L6、數(shù)碼管LED1、LED2。數(shù)碼管LED1和數(shù)碼管LED2的11腳、7腳、4腳、2腳、1腳、10腳、5腳、3腳分別對應(yīng)連接在一起，并分別連接電阻R8-R15，其中11腳、10腳、7腳、5腳、4腳、2腳分別連接于發(fā)光二極管L1-L6的負(fù)極。三極管Q1-Q7的基極分別與電阻R1-R7相連，發(fā)射極分別連接VCC。三極管Q1-Q6集電極分別連接數(shù)碼管LED1的8腳、9腳、12腳和數(shù)碼管LED2的8腳、9腳、12腳。發(fā)光二極管L1-L6的正極連在一起，然后與三極管Q7的集電極相連。
數(shù)碼管LED1、LED2采用6位0.5LED顯示屏，發(fā)光二極管L1-L6從分別指示VCC電源狀態(tài)、溫度傳感器、氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、光照傳感器和測定儀工作狀態(tài)。
溫度傳感器U6、氧氣傳感器U7、光照傳感器U8、二氧化碳傳感器U9與模數(shù)傳感器U1連接，通過單片機(jī)U4作為處理中心，通過顯示單元實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)界面。當(dāng)程序運(yùn)行出錯時，通過看門狗U2可以及時對錯誤進(jìn)行修復(fù)。
將溫度傳感器U6、氧氣傳感器U7、二氧化碳傳感器U9、光照傳感器U8正確連接，測定儀加電后，VCC電源指示二極管亮，表示整個裝置電源正常，工作狀態(tài)指示二極管閃爍，表示裝置運(yùn)行正常，在正常運(yùn)行狀態(tài)時，顯示單元依次顯示溫度、氧氣、二氧化碳和光照的當(dāng)前測量值，并點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光二極管，每個測量值顯示兩秒鐘，循環(huán)顯示。
工作原理為蓄電池U5提供的電源，分別經(jīng)過濾波和穩(wěn)壓器U3穩(wěn)壓后提供VCC電壓和經(jīng)過穩(wěn)壓二極管Z1后提供+5V電壓。溫度傳感器U6、氧氣傳感器U7、光照強(qiáng)度傳感器U8和二氧化碳傳感器U9檢測到環(huán)境變量信號，經(jīng)過濾波后輸送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1。模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1將信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)U4可以識別的數(shù)字信號。單片機(jī)U4對數(shù)字信號進(jìn)行分析處理，當(dāng)程序運(yùn)行出錯時，通過看門狗U2可以及時對錯誤進(jìn)行修復(fù)。單片機(jī)U4通過電阻R1-R15和三極管Q1-Q7驅(qū)動數(shù)碼管LED1、LED2和發(fā)光二極管L1-L6，將結(jié)果輸出顯示。
權(quán)利要求1.光合作用測定儀，其特征在于包括電源、CPU控制單元、檢測單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和顯示單元，電源連接CPU控制單元、檢測單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和顯示單元，檢測單元連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接CPU控制單元，CPU控制單元連接顯示單元，其檢測單元設(shè)置溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器和氧氣傳感器分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光合作用測定儀，其特征在于CPU控制單元包括單片機(jī)和看門狗，單片機(jī)分別與看門狗、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、顯示單元相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光合作用測定儀，其特征在于電源包括蓄電池U5、穩(wěn)壓器U3和穩(wěn)壓二極管Z1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光合作用測定儀，其特征在于檢測單元包括溫度傳感器U6、氧氣傳感器U7、光照強(qiáng)度傳感器U8和二氧化碳傳感器U9，溫度傳感器U6接模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1的11腳，并且通過由電阻R17、電容C14組成的濾波器接地，氧氣傳感器U7接模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1的12腳，并且通過由電阻R18、電容C15組成的濾波器接地，光照強(qiáng)度傳感器U8接模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1的17腳，并且通過由電阻R19、電容C16組成的濾波器接地，二氧化碳傳感器U9接模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1的18腳，并且通過由電阻R20、電容C17組成的濾波器接地。
專利摘要光合作用測定儀，屬于植物生理機(jī)能測量儀器領(lǐng)域。包括電源、CPU控制單元、檢測單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和顯示單元，電源連接CPU控制單元、檢測單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和顯示單元，檢測單元連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接CPU控制單元，CPU控制單元連接顯示單元，其檢測單元設(shè)置溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器和氧氣傳感器分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有可以方便、快速、精確地測定植物在不同的二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度和溫濕度的環(huán)境條件下光合效率，結(jié)構(gòu)輕巧，便于攜帶。
文檔編號G01N27/00GK2844918SQ200620082370
公開日2006年12月6日 申請日期2006年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者李日太 申請人:山東理工大學(xué)